光学编码器：工作、类型、接口及其应用
编码器是一种在闭环控制系统内提供反馈的运动检测设备。编码器的主要功能是将设备部件的旋转运动或线性运动转换为电信号，之后它。。。
编码器是一种在闭环控制系统中提供反馈的运动检测设备。编码器的主要功能是将设备部件的旋转运动或线性运动转换为电信号，然后将其传输到控制系统。通过使用编码器，可以识别设备部件的精确位置、转速或方向以及电机轴变换的角度和数量。市场上有不同类型的编码器，根据技术类型、运动、各种参数等进行分类。基于运动的编码器分为线性、旋转和角度。基于位置的编码器分为绝对编码器和增量编码器。基于传感技术的编码器分为光学编码器、磁性编码器和电容式编码器。基于信道的编码器分为单信道和正交编码器。本文讨论了编码器类型之一的概述，即光学编码器–工作及其应用。
什么是光学编码器？
一种机电设备，用于通过使用光源、光栅和光敏探测器将位置从旋转或线性改变为电信号，称为光学编码器。这些编码器广泛应用于不同的机床、办公设备，以及工业机器人中的高精度位置控制传感器。
光学编码器设计
光学编码器设计有一个LED、光电传感器和一个称为码盘的圆盘，该圆盘包括径向上的狭缝，并将旋转位置数据检测为光学信号。一旦连接到像电机一样的旋转轴上的代码轮旋转，则将基于从永久发光元件产生的光是否穿过代码轮的狭缝来产生光学信号。光电传感器会注意到光信号，并将其转换为电信号并输出。
发光器件
在光学编码器中，使用廉价的IR LED，尽管有时使用具有较短波长的彩色LED来包含光扩散。此外，在需要高分辨率和高性能的地方使用昂贵的激光二极管。
透镜
LED光是通过小的方向性散射的光，从而使用凸透镜使其平行。
代码轮
代码轮看起来像一个圆盘，包括允许或阻挡发光二极管发出的光的狭缝。码盘由金属、玻璃和树脂材料制成。在这里，金属材料对温度、湿度和振动具有很强的抵抗力。
树脂材料并不昂贵，但适合大规模生产并用于基于消费者的应用。玻璃材料主要用于需要最大分辨率和精度的地方。此外，在码轮附近设置了一个固定的狭缝，以澄清LED的光穿过或阻挡整个码轮并进入光收集元件。
照片传感器
光传感器通常是由硅、锗和磷化铟镓等半导体材料制成的光电晶体管/光电二极管。
光学编码器是如何工作的？
光学编码器只需检测穿过狭缝的光学信号，并将其转换为电信号。与磁性编码器相比，这种编码器非常简单，可以提高精度和分辨率，用于产生强磁场的应用。光学编码器允许不同的控制器用于测量不同类型的运动。这些编码器提供非常精确的反馈信号，用于验证实际电机或线性致动器的位置、加速度和速度。
光学编码器Arduino
在这里，我们将学习如何使用Arduino Uno连接光学旋转编码器。这是一种在圆柱形外壳中带有旋转轴的机械装置。在圆形平板上，有两组插槽。在这个光盘的任何一侧，光学传感器都连接在发射器组在一侧，发送的接收器在另一侧的位置。每当开槽圆盘在传感器之间旋转时，它就会切断光学传感器，因此信号将在接收器端产生。在这里，接收器连接到微控制器，用于处理生成的信号，通过这种方式，我们可以识别轴旋转了多少。轴的旋转方向可以通过简单地比较两个o/ps的信号的极性来确定，因为圆盘上的两组槽有一定的偏移。
与Arduino接口的光学编码器如下所示。这种接口所需的组件主要包括光学编码器、Arduino Uno板和连接线。该接口的连接如下：；
- 这个编码器的红色电线连接到Arduino Uno的5V引脚。
- 这个编码器的黑色电线连接到Arduino Uno的GND引脚。
- 光学编码器的白色电线（OUT A）连接到Arduino Uno的断续器引脚，如引脚-3。
- 该编码器的绿色电线（OUT B）连接到Arduino Uno的另一个断路器引脚，如pin-2。
这里，光学编码器的输出线，如白色和绿色线，应仅连接到Arduino Uno板的中断引脚，如果没有，Arduino板将不会记录来自该编码器的每个脉冲。
密码
挥发性长期温度，计数器=0//此变量将根据编码器的旋转而增加或减少
无效设置（）
{
序列号：begin（9600）；
引脚模式（2，INPUT_PULLUP）；//内部上拉输入引脚2
引脚模式（3，INPUT_PULLUP）；//内部的เป็น 上拉输入引脚3
//设置中断
//来自编码器n的上升脉冲激活了ai0（）。AttachInterrupt 0是Arduino上的数字引脚2。
attachInterrupt（0，ai0，RISING）；
//来自编码器n的B上升脉冲激活ai1（）。AttachInterrupt 1是Arduino上的数字引脚3。
attachInterrupt（1，ai1，RISING）；
}
空心环（）{
//发送计数器的值
if（计数器！=温度）{
Serial.println（计数器）；
temp=计数器；
}
}
无效ai0（）{
//如果数字引脚nr 2从LOW（低）变为HIGH（高），则激活ai0
//检查销3以确定方向
如果（digitalRead（3）==LOW）{
计数器++；
}其他{
计数器–；
}
}
无效ai1（）{
//如果数字引脚nr 3从LOW（低）变为HIGH（高），则激活ai0
//用销2检查以确定方向
如果（digitalRead（2）==LOW）{
计数器–；
}其他{
计数器++；
}
}
一旦上述代码上传到Arduino Uno板，然后打开串行监视器并转动光学编码器的轴。如果顺时针方向转动光学编码器，则可以注意到数值增加，如果逆时针方向转动该编码器，则数值将减小。如果数值显示为反向，则表示顺时针运动的数值为负值。这样你就可以反转白色和绿色的电线。
光学编码器的类型
光学编码器有两种类型，透射型和反射型，这两种类型将在下面讨论。
变速器类型
在透射型光学编码器中，光传感器会注意到发光二极管发出的光信号是否穿过编码轮的缝隙。透射型光学编码器的主要优点包括：；由于光通道相当简单，因此它可以容易地提高信号的准确性和简单的开发。
反光型
在反射型光学编码器中，光传感器注意到来自发光二极管的发射光信号是否通过码盘反射。反射型光学编码器的优点主要包括：；小型化很简单&很薄。由于这些是通过堆叠技术设计的；则可以简化组装过程。
光学编码器与磁性编码器
光学编码器和磁性编码器之间的区别包括以下几点。
| 光学编码器 | 磁编码器 |
| 光学编码器是一种用于测量旋转运动的传感器。 | 磁性编码器是一种旋转编码器，其利用传感器来识别来自旋转磁化环/轮的磁场内的变化。 |
| 该编码器也是已知的脉冲产生/数字运动转换器。 | 这种编码器也被称为绝对角度传感编码器。 |
| 它需要一条非常清晰的视线。 | 这个编码器的视线充满了灰尘或不同的污染物。 |
| 该编码器应保持小于.25mm的气隙。 | 该编码器可通过高达4毫米的气隙进行精确测量。 |
| 在湿度和波动的热量下，它很容易被压缩在转盘上。 | 它耐湿热。 |
| 在冲击或振动环境中精度受损。 | 它具有抗振动和抗冲击性能。 |
| 它需要一个密封的大套管才能在恶劣的环境中工作。 | 它坚固耐用，成本低廉，无需大型外壳。 |
| 它包括运动部件。 | 它不包括运动部件。 |
| 此编码器无法适应配置。 | 此编码器可以自定义。 |
| 它的温度范围是中等的。 | 它的温度范围很窄。 |
| 它的电流消耗很高。 | 其电流消耗为中等。 |
| 它的分辨率范围很广。 | 它的分辨率范围很窄。 |
| 它具有很高的抗磁性。 | 它的磁抗扰度很低。 |
优点和缺点
这个光学编码器的优点包括以下内容。
- 光学编码器通过形成狭缝形状容易地提高精度和分辨率，因为它具有一种机制来注意来自LED的光是否穿过整个狭缝。
- 此编码器不受附近磁场的影响。
- 这些编码器提供最高的分辨率。
- 它们更能抵抗来自涡流的电噪声的干扰。
- 这些编码器具有灵活的安装选项。
这个光学编码器的缺点包括以下内容。
- 这种编码器的主要缺点是：它的机械性能不强。
- 这些编码器有一个薄玻璃盘，可能会因极端冲击或剧烈振动而损坏。
- 这些编码器依赖于“视线”，因此它们主要容易受到污垢、油和灰尘的影响。
- 该编码器中的光盘通常由塑料或玻璃设计，因此更有可能因极端温度、振动和污染而损坏。
应用
这个光学编码器的应用包括以下内容。
- 这些编码器非常适合需要高精度和高精度的应用。
- 这些用于产生强磁场的地方。
- 它适用于使用大直径电机的设备。
- 这些编码器有助于检测穿过狭缝的光信号，并将其转换为电信号。
- 这些编码器非常有助于测量和控制光谱仪、实验室设备、离心机、医疗设备、CT扫描系统等广泛应用中的旋转运动。
- 这些编码器用于极端受限区域的基于高扭矩的应用。
- 这些用于可编程检测设备。
- 这些用于商业或工业设备。
- 这些用于化学加药设备。
1). 为什么要使用光学编码器？
与磁性编码器相比，光学编码器很容易提高精度和分辨率。因此，这些可以在任何产生强磁场的地方使用。
2). 光学编码器的输出是什么？
光学编码器输出是一个电子脉冲，用作数据采样的“时钟”。
3). 光学编码器的分辨率是多少？
光学编码器的分辨率为每转一圈20k脉冲，用于里程计计算。
4). 为什么编码器比电位计更好？
编码器可以无限期地以类似的方向旋转，而电位计通常只旋转一圈。
5). 哪种类型的编码器在机器人中广泛使用？
光学编码器在机器人中被用来记录绝对或增量测量。
这是光学编码器的概述——类型、接口、工作和应用。光学编码器使用通过玻璃并通过接收器识别的光。这些类型的编码器在许多行业的各种机械系统中是非常精确和非常必要的部件，以提供精确的反馈信息。这里有一个问题要问你，什么是线性编码器？